《高考物理新编大一轮总复习》实验六 验证动量守恒定律

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实验六　验证动量守恒定律
一、实验目的与原理
1．实验目的
(1)验证一维碰撞中的动量守恒。
(2)探究一维弹性碰撞的特点。
2．实验原理
在一维碰撞中，测出物体的质量 m和碰撞前后物体的速度 v、v′，找出碰撞前的动量
p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的动量 p′＝m1v1′＋m2v2′，看碰撞前后动量是否守恒。
二、实验方案与数据处理
[实验方案一]　利用气垫导轨完成一维碰撞实验
[实验器材]
气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶
布、撞针、橡皮泥等。
[实验步骤]
1．测质量：用天平测出滑块质量。
2．安装：正确安装好气垫导轨。
3．实验：接通电源，利用配套的光电计时装置测出两滑块各种情况下碰撞前后的速度
(① 改变滑块的质量。②改变滑块的初速度大小和方向)。
4．验证：一维碰撞中的动量守恒。
[数据处理]
1．滑块速度的测量：v＝，式中 Δx为滑块挡光片的宽度(仪器说明书上给出，也可直
接测量)，Δt为数字计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门的时间。
2．验证的表达式：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′。
[实验方案二]　利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验
[实验器材]
带细线的摆球(两套)、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等。
[实验步骤]
1
1．测质量：用天平测出两小球的质量 m1、m2。
2．安装：把两个等大小球用等长悬线悬挂起来。
3．实验：一个小球静止，拉起另一个小球，放下时它们相碰。
4．测速度：可以测量小球被拉起的角度，从而算出碰撞前对应小球的速度，测量碰撞
后小球摆起的角度，算出碰撞后对应小球的速度。
5．改变条件：改变碰撞条件，重复实验。
6．验证：一维碰撞中的动量守恒。
[数据处理]
1．摆球速度的测量：v＝，式中 h为小球释放时(或碰撞后摆起的)高度，h可用刻度尺
测量(也可由量角器和摆长计算出)。
2．验证的表达式：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′。
[实验方案三]　在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验
[实验器材]
光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥。
[实验步骤]
1．测质量：用天平测出两小车的质量。
2．安装：将打点计时器固定在光滑长木板的一端，把纸带穿过打点计时器，连在小车
的后面，在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥。
3．实验：接通电源，让小车 A运动，小车 B静止，两车碰撞时撞针插入橡皮泥中，把
两小车连接成一体运动。
4．测速度：通过纸带上两计数点间的距离及时间由 v＝算出速度。
5．改变条件：改变碰撞条件，重复实验。
6．验证：一维碰撞中的动量守恒。
[数据处理]
1．小车速度的测量：v＝，式中 Δx是纸带上两计数点间的距离，可用刻度尺测量，Δt
为小车经过 Δx的时间，可由打点间隔算出。
2．验证的表达式：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′。
[实验方案四]　利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律
[实验器材]
斜槽、小球(两个)、天平、复写纸、白纸等。
[实验步骤]
1．测质量：用天平测出两小球的质量，并选定质量大的小球为入射小球。
2．安装：按照图所示安装实验装置。调整固定斜槽使斜槽底端水平。
2
3．铺纸：白纸在下，复写纸在上且在适当位置铺放好。记下重垂线所指的位置 O。
4．放球找点：不放被撞小球，每次让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下，重复
10 次。用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面；圆心 P就是小球落点的平均位置。
5．碰撞找点：把被撞小球放在斜槽末端，每次让入射小球从斜槽同一高度自由滚下，
使它们发生碰撞，重复实验 10 次。用步骤 4的方法，标出碰后入射小球落点的平均位置 M
和被撞小球落点的平均位置 N。如图所示。
6．验证：连接 ON，测量线段 OP、OM、ON 的长度。将测量数据填入表中。最后代
入m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，看在误差允许的范围内是否成立。
7．结束：整理好实验器材放回原处。
[数据处理]
验证的表达式：m1·OP＝m1·OM＋m2·ON。
考点一　教材原型实验
[例1]　(2020·泰安市上学期期末)如图，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即
研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。
(1)实验中，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的，但是可以通过仅测量________
____(填选项前的序号)，间接地解决这个问题。
A．小球开始释放的高度 h
B．小球抛出点距地面的高度 H
C．小球做平抛运动的水平位移
(2)用天平测量两个小球的质量 m1、m2。图中 O点是小球抛出点在水平地面上的垂直投
影，实验时，先让入射球 m1多次从斜轨上 S位置静止释放；然后把被碰小球 m2静止于轨
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